Exercícios de Termodinâmica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS
 xINSTITUTO DE FÍSICA E MATEMÁTICA
DEPARTEMENTO DE FÍSICA
Lista de exercícios - 5
DISCIPLINA: Física - 090095 
Questões:
1- O que é um processo termodinâmico?
2- Enuncie a primeira lei da termodinâmica.
3- Quais os casos especiais da 1º lei da termodinâmica?
4- O que são processos adiabáticos?
5- O que são processos a volume constante (processos 
isocóricos)?
6- O que são processos cíclicos?
7- O que são processos de expansões livres?
8- Escreva e expressão matemática da primeira lei da 
termodinâmica.
9- O que diz o Teorema de Carnot
10- Explique com desenhos o funcionamento de um motor 
térmico de 4 tempos.
11- Explique o funcionamento de um motor de Carnot.
12- Explique o funcionamento de um refrigerador de Carnot.
13- O que é um gás perfeito?
14- Se mantivermos um gás perfeito a volume constante, o que 
acontece com a pressão ao aquecermos um gás?
15- Sabendo-se que a temperatura do ar diminui com a altura, o 
que acontece com o volume da uma nuvem quando esta atinge 
grandes alturas?
16- Explique por que numa cidade como Pelotas o verão se 
apresenta mais abafado do que numa cidade em que o ar é mais 
seco.
17- Um certo gás é constituído por íons que se repelem 
mutuamente. Este gás sofre uma expansão livre, sem troca 
térmica e sem efetuar trabalho. Como varia a temperatura do 
gás? Por quê?
18- Escreva e equação de estado de um gás ideal e explique cada 
termo da equação
19- Quais os mecanismos de transferência de energia na forma 
de calor? Descreva-os e cite dois exemplos de cada um dos 
mecanismos. 
Exercícios
1- Considere que 200J de trabalho é realizado sobre um sistema 
e que 70,0 cal é retirada do mesmo sistema. Referente a primeira 
lei da termodinâmica, quais são os valores (incluindo os sinais 
algébricos) de a) W, b) Q, c) ΔU?
2- Se forem adicionadas 400 kcal a um gás que se expande e 
efetua 800 kJ de trabalho, qual a variação da energia interna do 
gás? 
3- Um sistema é constituído por 3 kg de água a 80ºC. Mediante 
a agitação da água por meio de um agitador, 25 kJ de trabalho 
são feitos sobre o sistema e, ao mesmo tempo, se removem 15 
kcal de calor. (a) Qual a variação da energia interna do sistema?
4- Um mol de oxigênio gasoso é aquecido de 20ºC, na pressão 
de 1 atm, até a temperatura de 100 ºC. Admitindo que o 
oxigênio tenha comportamento ideal, calcular: (a) o calor que 
deve ser fornecido ao gás para manter seu volume constante 
durante o aquecimento, (b) o calor que deve ser fornecido ao gás 
para manter a pressão constante e (c) o trabalho efetuado pelo 
gás na parte (b).
5-Uma máquina com rendimento de 20% efetua 100 J de 
trabalho em cada ciclo. (a) Qual o calor absorvido em cada 
ciclo? (b) Qual o calor rejeitado em cada ciclo?
6- Uma máquina térmica absorve 100 J de calor e rejeita 60 J de 
calor em cada ciclo. (a) Qual o seu rendimento? (b) Tendo em 
vista que cada ciclo leva 0,5 s, calcular a potência da máquina 
em watts.
7- Um refrigerador absorve 5 kJ de energia de um reservatório 
frio e rejeita 8 kJ para um reservatório quente. (a) Achar o 
coeficiente de eficiência do refrigerador. (b) O refrigerador é 
reversível e pode operar como uma máquina térmica, entre os 
mesmos reservatórios térmicos que o refrigerador. Qual o 
rendimento dessa máquina? 
8- Uma máquina a vapor opera entre um reservatório quente a 
100ºC e outro frio a 0ºC. Qual o rendimento máximo possível 
desta máquina?
9- Uma máquina de Carnot opera entre dois reservatórios 
térmicos nas temperaturas Tq = 300 K e Tf = 200 K. (a) Qual o 
seu rendimento? (b) Se a máquina absorve 100 J do reservatório 
quente, durante cada ciclo, qual o trabalho que realiza? (c) Qual 
o calor que rejeita em cada ciclo? (d) Qual o coeficiente de 
eficiência desta máquina ao operar como refrigerador, entre os 
mesmos reservatórios? 
10- Em cada ciclo de operação, uma máquina remove 150 J de 
calor de um reservatório a 100ºC e rejeita 125 J de calor para 
outro reservatório a 20ºC. (a) Qual o rendimento desta máquina? 
(b) Qual a sua eficiência termodinâmica?
11- Calcule (a) o número de moles e (b) o número de moléculas 
em 1,00 cm3 de um gás ideal numa pressão de 1000 Pa e uma 
temperatura de 220 K.
12- Uma amostra de gás oxigênio tendo volume de 1000 cm3 a 
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40,0 ºC e 1,01×105 Pa se expande até que seu volume seja de 
1500 cm3 e sua pressão seja 1,06×105 Pa. Encontre (a) o número 
de moles do oxigênio presente e (b) a temperatura final da 
amostra.
13- Certa quantidade de um gás ideal a 10,0 ºC e 100 kPa ocupa 
um volume de 2,50 m3. (a) Quantos moles do gás estão 
presentes? (b) Se a pressão for aumentada para 300 kPa e a 
temperatura elevada para 30,0 ºC, que volume o gás passará a 
ocupar? Suponha que não há vazamento.
14- (a) Se 1 mol de um gás num recipiente ocupar o volume de 
10 L sob a pressão de 1 atm, qual será a temperatura do gás em 
kelvins? (b) O recipiente mencionado anteriormente tem um 
pistão que pode provocar modificações do volume. Quando o 
gás for aquecido a pressão constante (isobaricamente), o seu 
volume se expande a 20 L. Qual a temperatura do gás em 
kelvins? (c) O volume do gás fica fixo em 20 L e o gás é 
aquecido a volume constante (isocoricamente) até sua 
temperatura ser 350 K. Qual a pressão do gás?
15- Um gás é mantido a pressão constante. Se a sua temperatura 
for alterada de 50 para 100 ºC, por qual fator fica multiplicado 
seu volume?
16- A resistência metálica de um calefator elétrico de 1 kW fica 
vermelha na temperatura de 900ºC. Admitindo que a perda 
térmica da resistência ocorra 100% pela radiação, e que os fios 
da resistência emitem como corpos negros, qual a área de 
emissão da superfície radiante? 
17- Calcular a perda líquida de energia, pela radiação, de uma 
pessoa despida, numa sala a 20ºC, com a hipótese de a pessoa 
emitir como um corpo negro, com área superficial de 1,4 m2 e 
temperatura superficial de 33ºC.
18- Uma esfera de raio 0,500 m, temperatura 27,0ºC e 
emissividade 0,85 está localizada em um ambiente de 
temperatura 77,0ºC. A que taxa a esfera (a) emite e (b) absorve 
radiação térmica? (c) Qual é a taxa líquida de troca de energia 
da esfera?
19- Calcular o comprimento de onda máximo da radiação de 
uma pessoa, admitindo que seja um corpo negro com a 
temperatura superficial da pele igual a 33ºC. 
20- A temperatura superficial do Sol é cerca de 6000 K. Se o Sol 
for um corpo negro, em que comprimento de onda λmáx terá o 
seu espectro um pico?
21- Calcular λmáx para um corpo negro na temperatura 
ambiente, T = 300 K.
Respostas:
1) a) W=-200J b) Q=-292,9J c) Deint=-92,9J
2) 874 kJ
3) (a) -37,7 kJ;
4) (a) 1,66 kJ; (b) 2,33 kJ; (c) 6,6 atm·L.
5) (a) 500 J; (b) 400 J
6) (a) 0,4; (b) 80 W
7) (a) 1,67; (b) 0,375
8) 26,8%
9) (a) 1/3; (b) 33,3 J; (c) 66,7 J; (d) 2
10) (a) 16,7%; (b) 76,6%
11) (a) 5,47×10-7 moles; (b) 3,29×1017 moléculas.
12) (a) 0,0388 moles; (b) 493 K.
13) (a) 106 moles; (b) 0,892 m3
14) (a) 120 K; (b) 240 K; (c) 1,43 atm
15) 1,15
16) 0,0093 m2
17) 111 W.
18) (a) 1226 W; (b) 2272 W; (c) -1046 W.
19) 9470 nm.
20) 483 nm.
21) 9660 nm.